3.1 计算机的外包装

上一章一起探索了一台理论上的计算机是什么样子的。为了让大家能使用计算机，这样一台裸机肯定是不行的，不能让大家自己去管理CPU内存输入输出设备，管理程序装载。这些底层的工作是统一的，不需要每一个使用计算机的人自己动手去做。

这就诞生了操作系统，统一管理计算机的这些组成部件，使用计算机的人其实使用的是操作系统。

操作系统可以看成是一个调度程序，它负责管理计算机这台设备，包括CPU、内存和I/O设备。那么它调度什么东西呢？如果一台计算机是一种专用的机器，其实不需要调度，但是计算机设计之初就定位为一台通用的计算机器，所以原则上一台计算机会运行很多程序。如果规定这些程序要排队，运行完一个之后才运行下一个，实际上也不需要调度。

历史上，电子计算机刚发明出来的几年，是没有什么操作系统的，全是手工操作。程序员将穿孔的纸带装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。

而现在读者熟悉的实际情况是一台计算机上会同时运行很多程序，可能是边写作边放音乐，还在通过网络下载文件，甚至同时在网络上聊天。对这些程序任务进行管理是操作系统要处理的核心事务，每一个程序都需要占用计算机的计算资源，如CPU、内存、输入输出设备，互相之间不能“打架”，所以需要一个调度机制。

历史上诞生过很多种操作系统。

首先出现的是批处理系统，在它的控制下，计算机能够自动、成批地处理一个或多个用户的作业（包括程序、数据和命令）。大大提高了效率，不过CPU的性能还是没有充分利用，因为输入输出这些操作要通过机电设备，很慢，作为纯粹的电子设备的CPU，大部分时间要等着这些设备完成工作。

为了克服这些矛盾，出现了多道程序技术，允许多个程序同时进入内存并运行。这里要理解“同时”这个词的含义，它是一种对人的感受来讲的“同时”，因为CPU只有一个，严格说起来，是没有同时的，一瞬间只执行一条指令。实际上，是让这些任务交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种软、硬件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。CPU很快，虽然它是交替为这些程序服务，但是从人的感受来讲是多个任务同时在运行。

这样一步一步演变成现代的操作系统。

比较主流的操作系统如UNIX。UNIX是一种强大的多任务、多用户操作系统。1970年，Ken Thompson发布了第一个版本，后来Dennis M. Ritchie加入改写，因此一般把Thompson和Ritchie称为UNIX发明人。UNIX是强大的系统，但是它的核心却是非常小的，1979年发布的正式UNIX的核心只有40KB。